PL195235B1

PL195235B1 - Process for the production of liquid fuels from biomass

Info

Publication number: PL195235B1
Application number: PL01361226A
Authority: PL
Inventors: De Beld Lambertus Van; Ferry Ronald Boerefijn; Gijsbert Maurits Bos; Frans Goudriaan; Jaap Erik Naber; Jan Anton Zeevalkink
Original assignee: Biofuel Bv
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2007-08-31
Also published as: BR0113688A; WO2002020699A1; AU2001294381A1; CN1473188A; US7262331B2; PL361226A1; CN1232611C; ATE530622T1; ES2376304T3; US20040034262A1; EP1184443A1; BR0113688B1; EP1315784A1; EP1315784B1

Abstract

1. Sposób ciaglego wytwarzania z biomasy produktu weglowodorowego o zwiekszonej gesto- sci energii, znamienny tym, ze obejmuje: - pierwszy etap, w którym wodny wsad zawierajacy biomase poddaje sie obróbce obejmujacej doprowadzenie wsadu w pojedynczym etapie do cisnienia 10-25 MPa, - drugi etap, w którym wsad pod cisnieniem utrzymuje sie w temperaturze nie przekraczajacej 280°C przez okres do 60 minut z utworzeniem mieszaniny reakcyjnej, przy czym pierwszy etap i drugi etap wykonuje sie kolejno lub lacznie, - etap reakcji, w którym mieszanine reakcyjna ogrzewa sie przez okres do 60 minut do tempe- ratury powyzej 280°C, po czym mieszanine reakcyjna chlodzi sie przez odparowanie rzutowe miesza- niny zawierajacej produkt, a ponadto sposób dalej obejmuje faze oddzielania i wyodrebniania, w której uzyskane frakcje zawierajace gaz i weglowodory oddziela sie i/lub wyodrebnia na frakcje lzejsza i frakcje ciezsza. PL PL PL PL1. A method for the continuous production of a hydrocarbon product with increased energy density from biomass, characterized in that it includes: - the first stage, in which the aqueous feedstock containing biomass is subjected to treatment including bringing the feedstock to a pressure of 10-25 MPa in a single stage, - the second a step in which the pressurized batch is held at a temperature not exceeding 280°C for a period of up to 60 minutes to form a reaction mixture, with the first step and the second step being performed sequentially or jointly, - a reaction step in which the reaction mixture is heated for a period of up to 60 minutes to a temperature above 280°C, after which the reaction mixture is cooled by flash evaporation of the mixture containing the product, and the method further includes a separation and isolation phase in which the obtained fractions containing gas and hydrocarbons are separated and/or or separates it into lighter and heavier fractions. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Niniejszy wynalazek jest ukierunkowany na sposób ciągłego wytwarzania z biomasy produktu zawierającego węglowodory o zwiększonej gęstości energii.The present invention is directed to a process for the continuous production from biomass of a product containing hydrocarbons with increased energy density.

Istnieje szerokie zainteresowanie wytwarzaniem energii ze źródeł innych niż paliwa kopalne. Zarówno pod wpływem bodźców opartych na argumentach dotyczących ochrony środowiska (co do zmniejszenia zanieczyszczenia przez typowe stosowanie paliw kopalnych) jak i ze względów ekonomicznych (by znaleźć środki dostarczania energii, gdy zasoby oleju lub gazu są zmniejszone lub nieopłacalne ekonomicznie), znaczne wysiłki poświęcono sposobom dostarczania energii z tzw. Źródeł o niskiej energii lub paliw o niskiej jakości, takich jak ścieki i/lub pozostałości przemysłowe, miejskie i rolne. Gdy energię można wytwarzać ze źródeł o niskiej energii, procesy te są interesujące nie tylko ze względu na środowisko, lecz także dlatego, że dostarczają tańsze środki wytwarzania energii w obszarach, w których brak typowych zasobów paliw kopalnych lub środków niezawodnego transportu na długich dystansach. Takie obszary mogą być bardziej odległe lub mniej rozwinięte i transport typowych paliw kopalnych mógłby się okazać kosztowny lub nieefektywny.There is widespread interest in producing energy from sources other than fossil fuels. Both driven by incentives based on environmental arguments (to reduce pollution by the typical use of fossil fuels) and economic reasons (to find means of supplying energy when oil or gas resources are diminished or economically unviable), considerable effort has been devoted to energy from the so-called Low energy or low quality fuel sources, such as sewage and / or industrial, urban and agricultural residues. When energy can be produced from low-energy sources, these processes are of interest not only for environmental reasons, but also because they provide a cheaper means of generating energy in areas where there are no typical fossil fuel resources or reliable means of long-distance transportation. Such areas may be more remote or less developed and the transport of conventional fossil fuels could prove to be costly or inefficient.

WO 95/14850 i WO 96/41070 opisują procesy, w których energia jest odzyskiwana z odpadów węglowych przez rozdrabnianie odpadu na małe cząstki, dostarczając zawiesinę cząstek w wodzie o zawartości substancji stałych około 5% wagowych, utrzymywanie zawiesiny pod ciśnieniem, by przemienić większość chemicznie związanego tlenu w CO2, prowadząc do tego by większość węgla była zwęglona. Oddzielanie zwęglonych cząstek i powtórne tworzenie zawiesiny z cząstek prowadziło do zawiesiny zawierającej około 55% wagowych zwęglonych cząstek. Poddanie zawiesiny zawierającej zwęglone cząstki reakcji z powietrzem prowadzi do przemiany cząstek w energię cieplną, stosowalną do różnych celów.WO 95/14850 and WO 96/41070 describe processes in which energy is recovered from coal waste by grinding the waste into small particles, providing a suspension of particles in water with a solids content of about 5% by weight, maintaining the suspension under pressure to chemically convert most of the waste. bound oxygen in CO2, leading to most of the carbon being charred. Separation of the carbonized particles and resuspension of the particles resulted in a slurry of about 55% by weight of the carbonized particles. By reacting the slurry containing the charred particles with air, the particles are converted into thermal energy that can be used for various purposes.

EP-A 0 204 354 opisuje sposób wytwarzania z biomasy cieczy zawierających węglowodory. W publikacji tej biomasa jest korzystnie w postaci cząstek o wielkości takiej, by cząstki przechodziły przez sito 5 mm. Biomasę w postaci cząstek przeprowadza się w zawiesinę w wodzie przy stosunku wody do biomasy 1:1 do 20:1. Zawiesinę wprowadza się do komory reakcyjnej i ogrzewa w temperaturze 300-370°C przez ponad 30 sek przy podwyższonym ciśnieniu sięgającym od 90x10⁵ do 300x10⁵ Pa. Po etapach rozdzielania i wyodrębniania otrzymuje się ciekły produkt zawierający węglowodory („wyciek) przy pozostałej zawartości tlenu mniejszej niż 20% wagowych.EP-A 0 204 354 describes a process for the production of hydrocarbon-containing liquids from biomass. In this publication, the biomass is preferably in the form of particles with a size such that the particles pass through a 5 mm sieve. The particulate biomass is suspended in water at a water to biomass ratio of 1: 1 to 20: 1. The slurry is introduced into the reaction chamber and heated at a temperature of 300-370 ° C for more than 30 seconds with an elevated pressure ranging from 90x10 ⁵ to 300x10 ⁵ Pa. After the separation and isolation steps, a hydrocarbon-containing liquid product ("effluent) is obtained with a residual oxygen content of less than 20% by weight.

Ze względu na rosnące zainteresowanie dalszym rozwojem bardziej przyjaznych dla środowiska sposobów wytwarzania energii i bardziej efektywnego wykorzystywania zasobów naturalnych, istnieje potrzeba poprawy obecnie znanych sposobów tworzenia energii.Due to the growing interest in further developing more environmentally friendly methods of generating energy and using natural resources more efficiently, there is a need to improve the currently known methods of generating energy.

Jednym z niedostatków znanego sposobu, takiego jak ujawniona w EP-A 0 204 354 jest to, że niezawodność działania tych sposobów okazała się zmienna. Jeśli by te sposoby tworzenia energii z paliw niskoenergetycznych wdrażać na dużą skalę lub też w obszarach mniej rozwiniętych, niezawodność działania tych procesów stanie się kluczową kwestią dla ich realności ekonomicznej.One of the drawbacks of the known method, such as that disclosed in EP-A 0 204 354, is that the operational reliability of these methods has proved to be variable. If these methods of generating energy from low-energy fuels were to be implemented on a large scale or in less developed areas, the operational reliability of these processes would become a key issue for their economic viability.

Okazało się zatem niezbędne dostarczenie bardziej pewnych warunków operacyjnych i umożliwienie bardziej ekonomicznego operowania procesem typu takiego, jak opisany w EP-A 0 204 354. Ponadto istnieje potrzeba względnie niskiego stosunku wody do biomasy, aby zapewnić skuteczną i zwiększoną ekonomikę cieplną procesu.It has therefore proved necessary to provide more certain operating conditions and to allow a more economical operation of a process of the type as described in EP-A 0 204 354. Furthermore, there is a need for a relatively low water to biomass ratio to ensure an efficient and increased thermal economy of the process.

Zgodnie z powyższym, jednym z przedmiotów niniejszego wynalazku jest dostarczenie ulepszeń w opisanej technologii i w inny sposób pokonanie wad związanych ze stanem techniki.Accordingly, one object of the present invention is to provide improvements to the described technology and otherwise to overcome the drawbacks of the prior art.

Dalszym przedmiotem niniejszego wynalazku jest dostarczenie z biomasy produktu o zwiększonej gęstości energii, który można zastosować, korzystnie bezpośrednio, w wytwarzaniu energii lub który można dalej przetwarzać do produktów zawierających węglowodory, korzystnie w postaci płynnej. Również celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu, korzystnie ciągłego sposobu, wytwarzania produktów zawierających węglowodory, korzystnie ciekłe, o zwiększonej gęstości lub zawartości energii. Innym celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu, w który wsady (surowce zasilające) można poddawać obróbce przy niższym stosunku wody do biomasy. Ponadto przedmiotem wynalazku jest zwiększenie całkowitej sprawności cieplnej przemiany biomasy w produkty o zwiększonej gęstości energii, takie jak produkty węglowodorowe, oraz umożliwienie większej zmienności we wsadzie biomasy.It is a further object of the present invention to provide a biomass product with increased energy density which can be used, preferably directly, in energy production or which can be further processed into hydrocarbon-containing products, preferably in liquid form. It is also an object of the present invention to provide a process, preferably a continuous process, for the production of hydrocarbon-containing products, preferably liquid, with increased density or energy content. Another object of the present invention is to provide a method in which the feeds (feeds) can be treated with a lower water to biomass ratio. Furthermore, it is an object of the invention to increase the overall thermal conversion efficiency of biomass into products with increased energy density, such as hydrocarbon products, and to allow greater variability in the biomass feed.

Obecnie ustalono, że poprzez szczególną sekwencję etapów i szczególne warunki sposobu, można biomasę poddać przemianie w pulpę o zwiększonej gęstości energii. Pulpę tę stosuje się przykładowo jako półprodukt w wytwarzaniu energii lub poddaje przemianie w produkt w postaci płynnychIt has now been found that by the particular sequence of steps and the particular process conditions, the biomass can be converted into a pulp with an increased energy density. The pulp is used, for example, as an intermediate in energy production or is transformed into a liquid product

PL 195 235 B1 węglowodorów. Stwierdzono także, że poprzez szczególną sekwencję etapów i/lub warunki procesu wykonuje się w udoskonalony sposób ciągłe wytwarzanie z biomasy produktów w postaci płynnych węglowodorów ze zwiększoną wydajnością i/lub przy wzroście (cieplnej) sprawności sposobu. Należy zaznaczyć, że sposoby według niniejszego wynalazku uwzględniają dalszą optymalizację bez odchodzenia od idei wynalazczej niniejszego wynalazku.Of hydrocarbons. It has also been found that through the particular sequence of steps and / or the process conditions, continuous production of liquid hydrocarbon products from biomass with an increased yield and / or with an increase in the (thermal) efficiency of the process is carried out in an improved manner. It should be noted that the methods of the present invention consider further optimization without departing from the inventive idea of the present invention.

Stosownie do powyższego, wynalazek dotyczy sposobu ciągłego wytwarzania pulpy z biomasy, obejmującego pierwszy etap, w którym wodny wsad zawierający biomasę poddaje się obróbce obejmującej doprowadzenie wsadu do ciśnienia 10,0-25,0 MPa, drugi etap, w którym wsad pod ciśnieniem utrzymuje się w temperaturze nie przekraczającej 280°C przez okres do 60 minut, w ten sposób tworząc pulpę, i w którym pierwszy i drugi etap wykonuje się kolejno lub łącznie.Accordingly, the invention relates to a process for continuously producing pulp from biomass comprising a first step in which the aqueous feed containing biomass is subjected to a treatment which comprises pressurizing the feed to a pressure of 10.0-25.0 MPa, a second stage in which the feed is pressurized. at a temperature not exceeding 280 ° C for up to 60 minutes, thereby forming a pulp, and wherein the first and second steps are performed sequentially or combined.

Sposób według wynalazku zapewnia tworzenie pulpy z biomasy. Podczas etapu utrzymywania pod ciśnieniem i/lub etapu, w którym wsad ogrzewa się tworząc pulpę, stwierdzono, bez wiązania się tym stwierdzeniem, że struktura biomasy jest osłabiona.The method according to the invention provides for the formation of pulp from biomass. During the pressurization step and / or the step in which the batch is heated to form a pulp, it was found, without being bound by this finding, that the structure of the biomass was weakened.

Wielkość dużych cząsteczek obecnych we wsadzie ulega zmniejszeniu i/lub stopień usieciowania zmniejsza się. Ujmując to dokładniej, uważa się, że struktury makrocząsteczkowe i/lub polimerowe obecne we wsadzie, takie jak polimery celulozowe, polimery włókniste i tym podobne, ulegają znaczącej degradacji lub co najmniej zmniejsza się wielkość ich cząsteczek. Struktura włóknista ulega zmiękczeniu i powstająca mieszanina jest przeważnie ciekła i łatwa do transportu. Składniki o większej rozpuszczalności rozpuszczają się i mogą być korzystnie wykorzystane w innych etapach procesu.The size of the large particles present in the feed is reduced and / or the degree of cross-linking is reduced. More specifically, it is believed that the macromolecular and / or polymeric structures present in the feed, such as cellulosic polymers, fibrous polymers and the like, are significantly degraded or at least the size of their particles is reduced. The fibrous structure softens and the resulting mixture is mostly liquid and easy to transport. The more soluble ingredients dissolve and can be advantageously used in other steps of the process.

Pierwsza obróbka, która polega na poddaniu wsadu działaniu podwyższonego ciśnienia, niekoniecznie wymaga - przed obróbką - oddzielnego przygotowania zawiesiny z biomasy.The first treatment, which consists in subjecting the charge to elevated pressure, does not necessarily require - prior to treatment - the separate preparation of a biomass slurry.

W kontekście niniejszego zgłoszenia, określenie „zawiesina oznacza ciekły materiał zawierający ciągłą fazę ciekłą, w której rozproszona jest faza stała w postaci cząstek. Cząstki stałe w zawiesinie mają tendencję do sedymentacji, chyba że poczynione zostaną specjalne przedsięwzięcia w celu stabilizacji zawiesiny.In the context of the present application, the term "suspension" means a liquid material containing a continuous liquid phase in which a particulate solid phase is dispersed. Suspended solids tend to sediment unless special measures are taken to stabilize the suspension.

Zgodnie ze sposobem według niniejszego wynalazku, wsad bezpośrednio poddaje się działaniu ciśnienia, a następnie lub równocześnie ogrzewa się. Ten etap omija zastosowanie oddzielnych procedur wytwarzania zawiesiny, poprzednio znanych ze stanu techniki, które to procedury muszą być dostosowane do rodzaju biomasy. Umożliwia to zastosowanie większej różnorodności źródeł biomasy. Przykładowo biomasa, która zawiera ciała stałe, lecz zasadniczo nie zawiera ciągłej fazy ciekłej (np. biomasa, w której faza ciekła jest nieciągła, ponieważ jest zasadniczo zaabsorbowana przez materiał stały), może być odpowiednio przetwarzana zgodnie z wynalazkiem.In the process of the present invention, the charge is pressurized directly and then or simultaneously heated. This step bypasses the use of separate slurry preparation procedures previously known in the art, which must be adapted to the type of biomass. This enables the use of a greater variety of biomass sources. For example, biomass that contains solids but essentially does not contain a continuous liquid phase (e.g. biomass in which the liquid phase is discontinuous because it is essentially absorbed by the solid material) may be suitably processed in accordance with the invention.

Biomasę doprowadza się do żądanej proporcji woda:biomasa przez dodanie wody, a następnie bezpośrednio wprowadza do procesu. Umożliwia to bardziej niezawodne sterowanie działaniem procesu.The biomass is brought to the desired water: biomass ratio by adding water and then directly introduced into the process. This enables more reliable process operation control.

Stosunek wagowy wody do biomasy zmienia się w zakresie od 50 do 0,5, korzystnie wynosi mniej niż 20. Korzystnym zakresem jest od 10 do 2,5. Korzystnymi źródłami biomasy są mieszaniny biomasa/woda z tlenowej lub beztlenowej fermentacji ścieków przemysłowych lub miejskich, o stosunku woda:biomasa 4-5, które stosowane są jako takie. Mogą być także stosowane, nawet bez dodawania wody, odpady rolnicze takie jak pulpa z buraków cukrowych, trawa, miejskie i domowe odpady biologiczne itp., o stosunku wody do biomasy w zakresie od 1 do 4. Stosuje się cięte drewno, np. przy stosunku woda:biomasa równym 3. Przy tym stosunku zasadniczo ilość wody jest wystarczająca do wypełnienia przestrzeni międzywęzłowej pomiędzy wiórami drewna. Faktycznie, może być stosowany każdy rodzaj biomasy, przy czym w przypadku materiału w postaci cząstek stałych, cząstki stałe mają taką wielkość, że wsad można pompować.The weight ratio of water to biomass ranges from 50 to 0.5, preferably less than 20. The preferred range is from 10 to 2.5. Preferred sources of biomass are biomass / water mixtures from the aerobic or anaerobic fermentation of industrial or municipal wastewater, with a water: biomass ratio of 4-5, which are used as such. Even without adding water, agricultural waste such as sugar beet pulp, grass, municipal and domestic biological waste etc. with a water to biomass ratio ranging from 1 to 4 can be used. water: biomass of 3. With this ratio, essentially the amount of water is sufficient to fill the interstitial space between the wood chips. In fact, any type of biomass can be used, and in the case of particulate material, the solids are of such a size that the feed is pumpable.

Korzystna wielkość cząstek stałych mieści się w zakresie od 5-15 mm, korzystnie (liczbowo) średnia wielkość wynosi 7-15 mm, a zwłaszcza 10-15 mm. Dolna granica wielkości cząstek stałych jest zasadniczo podyktowana dodatkowymi kosztami zmniejszania wielkości, a granica górna przez wymiary środków transportu, takich jak przewody rurowe.The preferred size of the solids is in the range of 5-15 mm, preferably the (numerical) average size is 7-15 mm, more preferably 10-15 mm. The lower limit of the particle size is essentially dictated by the additional cost of size reduction and the upper limit is dictated by the dimensions of the transport means such as tubing.

Woda, która służy do zwiększenia początkowej proporcji woda:biomasa, korzystnie pochodzi z recyklingu wody z procesu. Korzystnie, proporcja woda:biomasa wynosi od 20 do 1, korzystnie od 10 do 2, a zwłaszcza mniej niż 5.The water that is used to increase the initial water: biomass ratio is preferably recycled from the process water. Preferably, the water: biomass ratio is from 20 to 1, preferably from 10 to 2 and most preferably less than 5.

Wsad doprowadza się do żądanego ciśnienia, w zakresie od 10,0 do 25,0 MPa, korzystnie od 13,0 do 18,0 MPa, w jednym etapie i korzystnie w sposób ciągły od ciśnienia 0,5 MPa lub mniejszego, korzystnie od ciśnienia 0,2 MPa lub mniejszego, a zwłaszcza od ciśnienia atmosferycznego do żądanego ciśnienia procesu, korzystnie w krótkim czasie, zasadniczo rzędu kilku minut.The charge is brought to the desired pressure, in the range from 10.0 to 25.0 MPa, preferably from 13.0 to 18.0 MPa, in one stage and preferably continuously from a pressure of 0.5 MPa or less, preferably from the pressure 0.2 MPa or less, in particular from atmospheric pressure to the desired process pressure, preferably in a short time, generally in the order of a few minutes.

PL 195 235 B1PL 195 235 B1

Stwierdzono, że taki sposób według wynalazku jest szczególnie niezawodny np. pod względem ciągłości sposobu (obniżony czas wyłączenia instalacji) i/lub jest korzystny pod względem zużycia energii, w porównaniu z dwuetapowym lub wieloetapowym wzrostem ciśnienia.It has been found that such a method according to the invention is particularly reliable, e.g. in terms of process continuity (reduced plant shutdown time) and / or is advantageous in terms of energy consumption compared to a two-stage or multi-stage pressure build-up.

Wsad doprowadza się do żądanego ciśnienia za pomocą jednej lub więcej pomp o odpowiedniej mocy w układzie równoległym. Przykładami takich pomp są pompy typu stosowanego do pompowania betonu w pracach budowlanych na stosunkowo duże odległości lub wysokości, takie jak pompy membranowe lub nurnikowe. Możliwe jest także zwiększanie ciśnienia samoczynnie.The charge is brought to the desired pressure by means of one or more pumps of appropriate power in a parallel system. Examples of such pumps are pumps of the type used to pump concrete in construction work over relatively long distances or heights, such as diaphragm or plunger pumps. It is also possible to pressurize automatically.

Po zwiększeniu ciśnienia wsadu lub wraz z nim, mieszaninę ogrzewa się do temperatury: co najmniej 180°C, zazwyczaj 200 do 275°C, korzystnie 225 do 250°C, lecz najwyżej 280°C. Mieszaninę utrzymuje się w tej temperaturze przez okres nie więcej niż 60 minut, lecz co najmniej 5 minut, zazwyczaj 10 do 50 minut, korzystnie 15 do 45 minut, chociaż 20-30 minut jest bardziej korzystnie.After pressurizing or with the batch, the mixture is heated to a temperature of at least 180 ° C, typically 200 to 275 ° C, preferably 225 to 250 ° C, but at most 280 ° C. The mixture is held at this temperature for a period of not more than 60 minutes, but at least 5 minutes, typically 10 to 50 minutes, preferably 15 to 45 minutes, although 20-30 minutes is more preferred.

Gdy biomasę stosuje się jako wsad, który nie wymaga lub w mniejszym stopniu wymaga tworzenia pulpy przed podaniem wsadu do etapu reakcji, w wykonaniu niniejszego wynalazku, zwiększenie ciśnienia i ogrzewanie wsadu zasadniczo służy do doprowadzania wsadu do żądanego ciśnienia i temperatury dla etapu reakcji. Może to się stosować (lecz nie jest ograniczone) do biomasy, która jest przynajmniej częściowo dostępna w postaci zawiesiny, np. płynnej biomasy lub biomasy, która zawiera jedynie materiał w postaci małych cząstek, przy wystarczającym stosunku wody do biomasy. Celem tego etapu ogrzewania jest następnie głównie ogrzewanie wsadu przed etapem reakcji.When biomass is used as a feed that does not or to a lesser extent requires pulp formation prior to feeding the feed to the reaction step, in an embodiment of the present invention, increasing the pressure and heating the feed essentially serves to bring the feed to the desired pressure and temperature for the reaction step. This can apply to (but is not limited to) biomass that is at least partially available as a slurry, e.g. liquid biomass or biomass that only contains small particulate material, with a sufficient water to biomass ratio. The purpose of this heating step is then mainly to heat the feed prior to the reaction step.

Pulpę otrzymywaną z procesu dzieli się otrzymując frakcję płynną i frakcję zawierającą substancje stałe. Frakcję zawierającą substancje stałe, w korzystnym wykonaniu, bezpośrednio stosuje się jako strumień wsadu w procesie dla wytworzenia energii, ewentualnie po dalszym odwadnianiu lub innych środkach zatężania, takich jak przez stosowanie hydrocyklonów. Frakcję ciekłą można recyrkulować do początku procesu, by dobrać stosunek wody do biomasy. Zależnie od rodzaju stosowanej biomasy, część biomasy rozpuszcza się podczas tego wykonywania tego procesu. Frakcję zawierającą rozpuszczone składniki można oddzielić. Frakcję ciekłą zawierającą rozpuszczone składniki korzystnie poddaje się dalszej obróbce, takiej jak fermentacja lub trawienie przez beztlenowce itp. Przykładowo gdy oddzielona frakcja ciekła zawiera cukry itp., takie jak celuloza lub inne węglowodany, rozważane jest wytwarzanie płynów wysokoenergetycznych, takich jak alkohol.The pulp obtained from the process is divided to obtain a liquid fraction and a fraction containing solids. The solids fraction, in a preferred embodiment, is directly used as a feed stream in the process to generate energy, optionally after further dehydration or other concentration measures such as by the use of hydrocyclones. The liquid fraction can be recirculated to the start of the process to adjust the water to biomass ratio. Depending on the type of biomass used, part of the biomass dissolves during this process. The fraction containing the dissolved components can be separated. The liquid fraction containing the dissolved ingredients is preferably subjected to further processing, such as fermentation or digestion by anaerobes, etc. For example, when the separated liquid fraction comprises sugars and the like such as cellulose or other carbohydrates, production of high energy fluids such as alcohol is contemplated.

Korzystne jest wykonywanie sposobu pod ciśnieniem, które przewyższa prężność pary wsadu wodnego (mieszanina biomasa/woda) przy danej temperaturze.It is preferable to carry out the process under a pressure which exceeds the vapor pressure of the aqueous feed (biomass / water mixture) at a given temperature.

Ogrzewanie wsadu korzystnie wykonuje się przez pośrednie ogrzewanie i/lub przez powtórne stosowanie ciepła dostarczanego wydajnie przez sam proces. Mieszanie wykonuje się stosując przykładowo pompę recyrkulującą, lecz także przez wstrzykiwanie gazu, np. ewentualnie uprzednio ogrzanego gazu zawierającego CO2 pochodzącego z wykonywania tego samego procesu.Heating of the feed is preferably accomplished by indirect heating and / or by re-applying the heat supplied efficiently by the process itself. Mixing is carried out using, for example, a recirculating pump, but also by injecting gas, e.g. possibly pre-heated CO2-containing gas derived from carrying out the same process.

W dalszym aspekcie wynalazku, biomasę poddaje się przemianie w produkt w postaci ciekłych węglowodorów. W tym celu biomasę poddaje się pierwszemu etapowi, w którym wodny wsad zawierający biomasę poddaje się obróbce obejmującej doprowadzenie wsadu do ciśnienia 10,0-25,0 MPa, drugiemu etapowi, w którym wsad pod ciśnieniem jest utrzymywany w temperaturze nie przekraczającej 280°C przez okres do 60 minut, tym samym tworząc mieszaninę reakcyjną, przy czym pierwszy etap i drugi etap wykonuje się kolejno lub łącznie, oraz etapowi reakcji, w którym mieszaninę reakcyjną ogrzewa się przez okres do 60 minut do temperatury przekraczającej 280°C.In a further aspect of the invention, the biomass is converted to a liquid hydrocarbon product. For this purpose, the biomass is subjected to a first stage in which the aqueous feed containing the biomass is subjected to a treatment involving the introduction of the feed to a pressure of 10.0-25.0 MPa, a second stage in which the feed under pressure is kept at a temperature not exceeding 280 ° C for a period of up to 60 minutes, thereby forming a reaction mixture, wherein the first step and the second step are performed sequentially or in combination, and a reaction step in which the reaction mixture is heated for a period of up to 60 minutes to a temperature exceeding 280 ° C.

Pierwszy i drugi etap są podobne jak w wyżej opisanym sposobie wytwarzania pulpy o zwiększonej gęstości energii. Po etapach: pierwszym i drugim, wykonuje się etap reakcji stosując pulpę. Zależnie od źródła biomasy i stosunku wody do biomasy, wsad jest bezpośrednio stosowany w etapie reakcji sposobu według wynalazku. Ten etap reakcji można wykonać przy użyciu pulpy, ewentualnie odwodnionej, lub przy użyciu frakcji stałej otrzymanej z pulpy. Podczas tego etapu mieszaninę reakcyjną uzyskaną w wyniku pierwszego i drugiego etapu sposobu ogrzewa się w temperaturze przekraczającej temperaturę w drugim etapie. Temperatura w etapie reakcji korzystnie wynosi ponad 280°C, korzystniej przekracza 300°C, lecz najkorzystniej wynosi ponad 325°C, podczas gdy temperatura korzystnie nie powinna przekraczać 350°C przez okres czasu do 60 minut, korzystnie sięgając od 5 do 50 minut, korzystniej od 10 do 40 minut. Podczas tego etapu mieszaninę reakcyjną poddaje się przemianie w produkt w postaci ciekłych węglowodorów.The first and second steps are similar to the above-described method for producing pulp with increased energy density. After the first and second steps, a reaction step is performed using the pulp. Depending on the biomass source and the water to biomass ratio, the feed is directly used in the reaction step of the process of the invention. This reaction step can be performed with the pulp, optionally dehydrated, or with the use of a solid fraction obtained from the pulp. During this step, the reaction mixture resulting from the first and second steps of the process is heated to a temperature exceeding that of the second step. The temperature in the reaction step is preferably in excess of 280 ° C, more preferably in excess of 300 ° C, but most preferably in excess of 325 ° C, while the temperature should preferably not exceed 350 ° C for a period of up to 60 minutes, preferably ranging from 5 to 50 minutes. more preferably from 10 to 40 minutes. During this step, the reaction mixture is converted to a liquid hydrocarbon product.

Czas trwania ogrzewania okazuje się ważny dla uzyskania optymalnej przemiany do produktu w postaci ciekłych węglowodorów. Zbyt długi czas ogrzewania prowadzi do zwiększonego zwęglania wsadu, a zatem jest niepożądany, ponieważ obniża wydajność produktu w postaci ciekłych węglowodorów. Zbyt długi czas ogrzewania może prowadzić do reakcji, która nie zachodzi z wystarczającąThe duration of the heating turns out to be important for obtaining an optimal conversion to the liquid hydrocarbon product. Too long heating time leads to increased carbonization of the feed and is therefore undesirable as it lowers the yield of the liquid hydrocarbon product. Heating for too long may lead to a reaction that is not sufficiently completed

PL 195 235 B1 szybkością lub wystarczającym stopniem przemiany. Czas trwania ogrzewania sięga do 60 minut, korzystnie do 46 minut, korzystniej do 30 minut. Korzystny zakres jest rzędu 1-5 minut. Przemiana mieszaniny reakcyjnej jest optymalna, jeśli mieszanina reakcyjna ma krótki czas przebywania. Czas przebywania korzystnie wynosi od 5 do 30 minut.A speed or a sufficient degree of conversion. The duration of the heating is up to 60 minutes, preferably up to 46 minutes, more preferably up to 30 minutes. The preferred range is on the order of 1-5 minutes. The conversion of the reaction mixture is optimal if the reaction mixture has a short residence time. The residence time is preferably from 5 to 30 minutes.

Ogrzewanie w etapie reakcji korzystnie wykonuje się przez wewnętrzne ogrzewanie pośrednie, za pomocą ewentualnie uprzednio ogrzanego gazu zawierającego CO2, wtryskiwania pary wodnej lub ich kombinacji. Gaz zawierający CO2 może pochodzić z innych etapów sposobu. Aby uzyskać optymalne poziomy przemiany przy minimalnych objętościach reakcji, reakcję i ogrzewanie korzystnie wykonuje się w procesie z przepływem tłokowym.The heating in the reaction step is preferably accomplished by internal indirect heating, with optionally pre-heated CO2-containing gas, steam injection, or a combination thereof. The CO2-containing gas may come from other steps in the process. To obtain optimal levels of conversion with minimal reaction volumes, the reaction and heating are preferably performed in a plug flow process.

Mieszaninę reakcyjną korzystnie ogrzewa się w efektywny sposób przez dostarczenie gazu zawierającego tlen, takiego jak powietrze, do mieszaniny reakcyjnej. W zastosowanych warunkach reakcji tlen reaguje z mieszaniną reakcyjną; tym samym zużywa się tlen i część mieszaniny reakcyjnej i wytwarza się energia cieplna. Energię cieplną stosuje się do ogrzewania mieszaniny reakcyjnej.The reaction mixture is preferably heated in an efficient manner by feeding an oxygen-containing gas, such as air, to the reaction mixture. Under the reaction conditions used, oxygen reacts with the reaction mixture; thus, oxygen and part of the reaction mixture are consumed and thermal energy is generated. Thermal energy is used to heat the reaction mixture.

Zawartość reaktora stacjonarnego, w którym przeprowadza się reakcję, składa się korzystnie w największej części z wody i produktu w postaci ciekłych węglowodorów, podczas gdy ilość nie przereagowanej mieszaniny reakcyjnej jest utrzymywana na względnie niskim poziomie. W ten sposób zachodzi skuteczna i wydajna wymiana ciepła tak, że wsad jest szybko doprowadzany do żądanej temperatury, w której zachodzi przemiana wsadu.The content of the stationary reactor in which the reaction is carried out preferably consists of the greatest proportion of water and liquid hydrocarbon product, while the amount of unreacted reaction mixture is kept relatively low. In this way, an effective and efficient heat exchange takes place, so that the batch is quickly brought to the desired temperature at which the batch conversion takes place.

Podczas etapu reakcji mogą być tworzone dodatkowe gazy. Jednak etap reakcji korzystnie wykonuje się tak dalece jak to jest możliwe operując w pełni z cieczą, aby zminimalizować objętość reaktora wysokociśnieniowego. Zgodnie z powyższym, oddzielenie gazów od produktów drugiego etapu i etapu reakcji korzystnie przeprowadza się w etapie oddzielania po etapie reakcji, ewentualnie po obniżeniu ciśnienia i ewentualnie temperatury.Additional gases may be formed during the reaction step. However, the reaction step is preferably performed as far as possible by operating fully with the liquid to minimize the volume of the high pressure reactor. Accordingly, the separation of the gases from the products of the second stage and the reaction stage is preferably performed in a separation stage after the reaction stage, optionally after pressure and / or temperature reduction.

Przez zastosowanie tych technik oddzielania lżejsze frakcje i woda są oddzielane od cięższych frakcji. Następnie, wodę odparowuje się i - po kondensacji - otrzymuje jako oddzielny strumień oczyszczalnika bez składników mineralnych z wsadu, tym samym obniżając ilość ścieków. Ponadto, ścieki zawierają mniej lotnych rozpuszczonych związków organicznych, których zawartość cieplna jest skutecznie odzyskiwana przez spalanie w piecu procesowym. Przed obniżeniem ciśnienia do końcowego ciśnienia dla spalania w piecu procesowym, energia w postaci ciśnienia w produkcie - gazie jest ostatecznie odzyskiwana w specjalnych turbinach dla wytwarzania elektryczności do stosowania w sposobie.By using these separation techniques, the lighter fractions and the water are separated from the heavier fractions. The water is then evaporated and, after condensation, obtained as a separate purifier stream without minerals from the feed, thereby reducing the amount of waste water. Moreover, the waste water contains less volatile dissolved organic compounds, the heat content of which is efficiently recovered by incineration in a process furnace. Before the pressure is reduced to the final pressure for combustion in the process furnace, energy in the form of pressure in the product gas is finally recovered in special turbines to generate electricity for use in the process.

Cięższa frakcja obejmuje składniki w postaci cięższego oleju i pozostałe składniki stałe. Frakcję tę można oddzielić od fazy wodnej lub poddać dodatkowej obróbce.The heavier fraction includes the heavier oil components and the remaining solid components. This fraction can be separated from the aqueous phase or subjected to additional treatment.

Ważnymi aspektami niniejszego wynalazku są produkty, które są uzyskiwane przez sposób według niniejszego wynalazku. Oddzielenie produktu węglowodorowego w lżejszej i cięższej frakcji jest korzystne ponieważ, ewentualnie po dalszej obróbce lub oczyszczaniu, lżejsza frakcja prowadzi do produktów, które są odpowiednie do bezpośredniego zastosowania w sposobach wytwarzania energii elektrycznej i/lub cieplnej. Następująca po tym dalsza obróbka lżejszej frakcji, np. przez uwodornianie, pozwala na stosowanie Iżejszej frakcji np. w wysokowartościowych paliwach transportowych, takich jak olej napędowy i nafta, które można mieszać z typowymi paliwami kopalnymi.Important aspects of the present invention are the products which are obtained by the process of the present invention. The separation of the hydrocarbon product in the lighter and heavier fraction is advantageous because, optionally after further processing or purification, the lighter fraction leads to products that are suitable for direct use in electricity and / or thermal energy generation methods. The subsequent further treatment of the lighter fraction, e.g. by hydrogenation, allows the use of the lighter fraction e.g. in high-grade transport fuels such as diesel and kerosene, which can be blended with conventional fossil fuels.

Warto zaznaczyć, że dalsza obróbka lżejszej frakcji, przykładowo przez uwodornianie, jest dalece mniej złożona niż dalsza obróbka pełnego strumienia węglowodorowego, jak podawano we wcześniejszych publikacjach.It is noteworthy that the subsequent treatment of the lighter fraction, for example by hydrogenation, is far less complex than the subsequent treatment of the complete hydrocarbon stream as reported in previous publications.

Produkt węglowodorowy według niniejszego wynalazku ma zazwyczaj zawartość tlenu 10-15% oThe hydrocarbon product of the present invention typically has an oxygen content of 10-15% o

wagowych, dolną wartość opałową 28-35 MJ/kg, gęstość w zakresie 900-1100 kg/m w 50°C, masę cząsteczkową w zakresie 60-800 o średniej Mw 250-350 i zakres temperatury wrzenia > 90°C, przy czym ok. 50% wagowych wrze powyżej 450°C przy uwzględnieniu poprawki na ciśnienie atmosferyczne. Zawartość składników mineralnych zazwyczaj wynosi od 0,5 do 10% wagowych zależnie od wsadu. Lekka frakcja ma zawartość tlenu 6-25% wagowych, dolną wartość opałową 30-40 MJ/kg i zawartość składników mineralnych mniej niż 0,6% wagowych Ciężka frakcja ma zawartość tlenu 1020% wagowych, dolną wartość opałową 20-35 MJ/kg i zawartość składników mineralnych 0,5 do 26% wagowych, zależnie od wsadu.weight, lower calorific value 28-35 MJ / kg, density in the range 900-1100 kg / m3 at 50 ° C, molecular weight in the range 60-800 with an average Mw of 250-350 and boiling point range> 90 ° C, with approx. 50% by weight boils above 450 ° C corrected for atmospheric pressure. The mineral content is usually from 0.5 to 10% by weight depending on the feed. The light fraction has an oxygen content of 6-25 wt%, a lower heating value 30-40 MJ / kg and a mineral content of less than 0.6 wt% The heavy fraction has an oxygen content of 1020 wt%, a lower heating value 20-35 MJ / kg and mineral content 0.5 to 26% by weight depending on the feed.

Cięższą frakcję korzystnie przeprowadza się w trwałe i przewoźne paliwo za pomocą szeregu możliwych sposobów, obejmujących np. mieszanie z metanolem i tworzenie emulsji. Emulgowanie cięższej frakcji prowadzi do tworzenia bioemulsji. Bioemulsja według niniejszego wynalazku obejmuje wodną emulsję zestalonych cząstek ciężkiej frakcji według sposobu. Emulsja zawiera od 55-95% wa6The heavier fraction is preferably converted to a stable and transportable fuel by a number of possible methods, including, for example, mixing with methanol and forming an emulsion. Emulsifying the heavier fraction leads to the formation of a bioemulsion. The bioemulsion of the present invention comprises an aqueous emulsion of solidified heavy fraction particles according to the method. The emulsion contains 55-95% wa6

PL 195 235 B1 gowych, korzystnie od 65 do 70% wagowych, lecz co najmniej ponad 50% wagowych ciężkiej frakcji w wodzie. Ta bioemulsja stanowi wysokokaloryczne paliwo, które jest łatwo przewoźne i łatwo spala się. Sposoby wytwarzania bioemulsji są znane według stanu techniki, przykładowo w przemyśle bitumów.% By weight, preferably from 65 to 70% by weight, but at least more than 50% by weight of the heavy fraction in water. This bioemulsion is a high calorific fuel that is easily transportable and burns easily. Methods for producing bioemulsions are known in the art, for example in the bitumen industry.

Inną alternatywę dla ciężkiej frakcji stanowi, po oddzieleniu lżejszej frakcji, rozpylenie lub tworzenie płatków z ciężkiej frakcji. Ciężka frakcja po procesie tworzenia płatków zestala się, tym samym tworząc małe cząstki. Jest to produkt, który w normalnych temperaturach jest ciałem stałym, nie płynie ani nie upłynnia się po przechowywaniu i bezpośrednio miesza się z innymi stałymi paliwami, takimi jak węgiel. Ciężka frakcja zatem dostarcza paliwa o zwiększonej gęstości energii.Another alternative to the heavy fraction is to spray or flake the heavy fraction after the lighter fraction has been separated. The heavy fraction solidifies after the flaking process, thus forming small particles. It is a product that is solid at normal temperatures, does not flow or liquefy after storage, and is directly miscible with other solid fuels such as coal. The heavy fraction therefore provides fuel with an increased energy density.

Jeszcze inną alternatywę dla ciężkiej frakcji stanowi ekstrakcja odpowiednim rozpuszczalnikiem, korzystnie polarnym, takim jak aceton, tetrahydrofuran lub nadkrytyczny CO2. W ten sposób można otrzymać z wysoką wydajnością zasadniczo pozbawiony składników mineralnych ciekły węglowodór, korzystnie powyżej 70% wagowych, który można łatwo transportować i który jest bezpośrednio wykorzystywany z wysoką wydajnością do wytwarzania elektryczności i/lub ciepła. Tak otrzymany produkt także jest łatwiej przekształcić przez uwodornianie, ewentualnie w połączeniu z lżejszą frakcją, by wytworzyć paliwa transportowe, jak opisano wcześniej. Pozostałość ciężkiej frakcji po ekstrakcji zawiera wszelkie składniki mineralne i może być użyta jako stałe paliwo np. w piecach do cementu lub elektrowniach węglowych.Yet another alternative to the heavy fraction is extraction with a suitable solvent, preferably polar, such as acetone, tetrahydrofuran or supercritical CO 2. In this way, a substantially mineral-free liquid hydrocarbon, preferably above 70% by weight, can be obtained in high yield, which can be easily transported and which is directly used in high efficiency for the generation of electricity and / or heat. The product thus obtained is also easier to convert by hydrogenation, possibly in combination with a lighter fraction, to produce transport fuels as previously described. The residue of the heavy fraction after extraction contains all minerals and can be used as a solid fuel, e.g. in cement kilns or coal-fired power plants.

Ekstrakcja produktu węglowodorowego otrzymanego z etapu reakcji odpowiednim rozpuszczalnikiem daje alternatywną drogę dojścia do produktu o zwiększonej gęstości energii. Ekstrakcja utworzonego produktu węglowodorowego lub biosurówki może pozwolić na ominięcie etapu rozdzielania na frakcję lekką i ciężką. To, czy jest to etap korzystny zależy w znacznym stopniu od rodzaju biomasy i struktury produktu zawierającego węglowodory.Extraction of the hydrocarbon product obtained from the reaction step with a suitable solvent provides an alternative route to a product with increased energy density. Extraction of the formed hydrocarbon product or bio tube can omit the light and heavy separation step. Whether this is an advantageous step depends largely on the type of biomass and the structure of the hydrocarbon-containing product.

Wytworzone ścieki można korzystnie zastosować w innych częściach procesu, przykładowo do ogrzewania wchodzącego materiału podawanego i/lub dla dobrania stosunku wody do biomasy. Końcowy wyciek wody po oddzieleniu od składników węglowodorowych można korzystnie dalej obniżyć pod względem temperatury i ciśnienia przez odparowanie rzutowe, by usunąć większość lotnych rozpuszczonych składników organicznych dla stosowania w piecu procesowym. Pozostałą wodę można poddać dalszej obróbce, przykładowo biologicznej, by usunąć większość resztkowych składników węglowodorowych i zatężyć stosując przykładowo odwróconą osmozę. Koncentrat można stosować np. do recyrkulowania jako nawóz do wytwarzania biomasy.The waste water produced can advantageously be used in other parts of the process, for example to heat incoming feed material and / or to adjust the water to biomass ratio. The final leakage of water after separation from the hydrocarbon components can advantageously be further lowered in terms of temperature and pressure by flashing to remove most of the volatile dissolved organic components for use in the process furnace. The remaining water can be further treated, for example biological, to remove most of the residual hydrocarbon components and concentrated using, for example, reverse osmosis. The concentrate can be used e.g. for recirculation as fertilizer for the production of biomass.

Opis figur:Description of the figures:

Figura 1 ujawnia wykonanie urządzenia do przemiany biomasy według niniejszego wynalazku.Figure 1 discloses an embodiment of a biomass conversion device according to the present invention.

Wsad G doprowadza się do miejsca magazynowania. Z miejsca magazynowania odpowiednia ilość wprowadza się do wstępnego etapu VB, w którym wsad poddaje się obróbce, przed wprowadzeniem do pierwszego etapu sposobu. Etap VB może obejmować etapy takie jak przemywanie, rozdrabnianie itp. Można dodać wodę, korzystnie z recyrkulowanego strumienia, aby dobrać stosunek wody do biomasy do żądanego poziomu. Ewentualnie wsad można wstępnie ogrzać, przykładowo do temperatury 50-96°C. W tym celu można wykorzystać ciepło wytworzone gdzie indziej w tym sposobie. Pompa P służy do doprowadzania poddawanego wstępnej obróbce wsadu w sposób ciągły do ciśnienia procesu, jeśli to jest niezbędne, zwiększonego o 1,0 do 3,0 MPa, by pokonać możliwy opór pompy. W podgrzewaczu/urządzeniu do obróbki wstępnej VW wsad poddaje się przemianie w pastowatą masę, którą można przemieszczać przez rury, korzystnie bez znaczącej utraty ciśnienia. Ogrzewanie wsadu, w tym wykonaniu, można osiągnąć przez mieszanie recyrkulowanego strumienia wody w tym procesie ze strumieniem wsadu. Strumień recyrkulowany w tym punkcie stanowi od 0,5 do 5 razy ilości strumienia wsadu z P i służy do osiągnięcia temperatury < 280°C przez okres do 60 minut. W obecnym przykładzie, osiąga się to przez utrzymywanie uzyskiwanego strumienia w VW przez żądany okres czasu. Temperaturę w recyrkulowanym strumieniu doprowadza się do 200-360°C w wymienniku ciepła E1. W tym punkcie pulpę można otrzymać jako odwodnioną, aby uzyskać frakcję zawierającą substancje stałe, którą można użyć w wytwarzaniu energii i uzyskać ciekłą frakcję zawierającą rozpuszczone produkty A do dalszej obróbki.The charge G is delivered to the storage area. From the storage location, a suitable amount is introduced into a preliminary step VB, in which the feed is processed, prior to entering the first step of the process. Step VB may include steps such as washing, grinding, etc. Water may be added, preferably from a recirculated stream, to adjust the water to biomass ratio to the desired level. Optionally, the batch can be preheated, for example to a temperature of 50-96 ° C. For this purpose, heat generated elsewhere in this process can be used. Pump P serves to bring the feed to be pretreated continuously up to the process pressure, if necessary increased by 1.0 to 3.0 MPa, to overcome possible pump resistance. In the preheater / pre-treatment unit VW, the charge is converted to a pasty mass that can be passed through pipes, preferably without significant pressure loss. Heating of the feed, in this embodiment, may be achieved by mixing the recirculated water stream in the process with the feed stream. The recycle stream at this point is 0.5 to 5 times the amount of the feed stream from P and serves to achieve a temperature of <280 ° C for up to 60 minutes. In the present example, this is achieved by maintaining the resulting flux in VW for a desired period of time. The temperature in the recycle stream is brought to 200-360 ° C in heat exchanger E1. At this point, the pulp can be obtained dehydrated to obtain a solids containing fraction that can be used in power generation and obtain a liquid fraction containing the dissolved products A for further processing.

Tak wytworzoną zmiękczoną masę prowadzi się przez wymiennik ciepła E2, gdzie masę dalej ogrzewa się do żądanej temperatury reakcji > 280°C. Objętość reaktora R jest wybrana tak, by strumień pozostał w reaktorze R przez wystarczający okres czasu, by zasadniczo osiągnąć żądaną przemianę. Jeśli jest to pożądane lub uważane za korzystne, dowolną z funkcji VW, E2 i R można łączyć w jednym aparacie. W tym wykonaniu, aparat jest tak zaprojektowany, by strumień gazu przechodziłThe softened mass thus produced is led through heat exchanger E2, where the mass is further heated to the desired reaction temperature> 280 ° C. The volume of reactor R is selected such that the stream remains in reactor R for a sufficient period of time to substantially achieve the desired conversion. If desired or deemed beneficial, any of the functions VW, E2, and R can be combined in one apparatus. In this embodiment, the apparatus is designed such that the gas stream passes through

PL 195 235 B1 kolejno przez szereg stref. W tych strefach zachodzą różne etapy. Strumień cieczy płynącej z R chłodzi się w wymienniku ciepła E3 do temperatur między 180°C i 300°C, by zasadniczo uniknąć tego, by reakcja przebiegała zbyt daleko i by zebrać ciepło wynikające z wysokiej temperatury dla wykorzystania gdzie indziej w ramach tego sposobu. Alternatywnie, gdy przemiana nie zaszła wystarczające daleko, można wykonać dodatkowy lub kontynuowany etap reakcji np. w reaktorze, takim jak reaktor z przepływem tłokowym. Rozdzielacz Si oddziela fazę oleistą od fazy wodnej. Fazę oleistą prowadzi się do destylarki rzutowej F1 w celu rozdzielenia na lekką i ciężką frakcję biosurówki. Ciężką frakcję ZC można dalej poddać obróbce, np. przez tworzenie peletek lub płatków, ekstrakcję lub temu podobne. W obecnym przykładzie ciężka frakcja jest otrzymana jako taka. Parę wychodzącą z destylarki rzutowej, zawierającą lekką frakcję biosurówki skrapla się w E4 i kolejno prowadzi do rozdzielacza S2 w celu oddzielenia.Successively through a series of zones. Different stages take place in these zones. The liquid stream flowing from R is cooled in the heat exchanger E3 to temperatures between 180 ° C and 300 ° C to substantially avoid the reaction going too far and to collect the heat resulting from the high temperature for use elsewhere in the process. Alternatively, when the conversion has not gone far enough, an additional or continued reaction step may be performed, for example in a reactor such as a plug flow reactor. The Si separator separates the oily phase from the water phase. The oily phase is passed to a flasher F1 for separation into a light and a heavy biobased tube. The heavy ZC fraction can be further processed, e.g. by pellet or flake formation, extraction or the like. In the present example, the heavy fraction is obtained as such. The steam coming from the flasher, containing the light fraction of the bio-tube, is condensed in E4 and successively led to the separator S2 for separation.

Fazę wodną wychodzącą z S1 rozdziela się na strumień recyrkulujący, który prowadzi się przez pompę P2 do wymiennika ciepła E1. Pozostały strumień wodny można poddać obróbce na wiele sposobów. W niniejszym przykładzie, ciśnienie jest obniżone do 1,0-12,5 MPa w destylarce rzutowej F2, a strumień pary i cieczy tworzy się w temperaturze 150-300°C. Strumień cieczy po ochłodzeniu, wraz z innymi strumieniami wodnymi gdzie indziej w ramach sposobu, kierowuje się do instalacji obróbki wody WZ. W tej instalacji zawartość pozostałości organicznych i nieorganicznych obniża się do poziomów dopuszczalnych w środowisku naturalnym, np. przez sedymentację, trawienie (bez)tlenowe i tym podobne. W przypadku trawienia beztlenowego, które jest korzystne, pozostałe resztki organiczne poddaje się przemianie w bio-gaz, który może być użyty do wytwarzania energii, np. do ogrzewania procesu. Strumień czystej wody można odrzucić.The aqueous phase leaving S1 is separated into a recycle stream which is led through the pump P2 to the heat exchanger E1. The remaining aqueous stream can be treated in a number of ways. In the present example, the pressure is reduced to 1.0-12.5MPa in the flasher F2 and a vapor and liquid stream is formed at a temperature of 150-300 ° C. The stream of liquid after cooling, along with other water streams elsewhere in the process, is directed to the water treatment plant WZ. In this plant, the content of organic and inorganic residues is reduced to environmental levels, e.g. by sedimentation, (anaerobic) digestion and the like. In the case of anaerobic digestion, which is preferred, the remaining organic residues are converted into bio-gas which can be used for energy production, e.g. for heating the process. The stream of pure water can be discarded.

W fazie parowej idącej z reaktora K obniża się ciśnienie i chłodzi w wymienniku ciepła E6, co prowadzi do skrapiania wody i biosurówki. Parę i ciecz rozdziela się w rozdzielaczu S3. Strumienie cieczy z E4 i S3 łączy się i kieruje do rozdzielacza 32, gdzie olej i wodę rozdziela się. Strumień gazowy z S2 kieruje się do pieca generującego ciepło dla sposobu. Faza olejowa otrzymana w S2 jest lekką frakcją biosurówki LC. Strumienie pary i gazu, które otrzymuje się w sposobie, można kierować do pieca. Strumienie te obejmują CO₂, wodę, gazy palne, takie jak tlenek węgla, wodór, metan i inne lekkie związki organiczne, takie jak etanol i kwas octowy. Gazy palne spala się w piecu z powietrzem i tak wytworzone ciepło stosuje się do ogrzewania procesu. Można to wykonać w postaci ogrzewania ośrodka wymiany ciepła lub przez wytwarzanie pary. Ośrodek wymiany ciepła stosuje się do dostarczania ciepła do wymiennika ciepła E1 i E2. Dodatkowe ciepło dostarcza się do ośrodka wymiany ciepła w wymienniku ciepła E3. Przez staranne dobrania poziomów temperatury tych wymienników ciepła osiąga się maksymalną integrację ciepła. Jeśli ciepło wytworzone przez spalanie gazów palnych jest niewystarczające, do pieca można dodatkowo dostarczać dodatkowe paliwo EB. Odpowiednie jest dodatkowe paliwo biosurówki. Stosowanie paliwa z zewnętrznego źródła może być korzystne. Spaliny z pieca RG chłodzi się do optymalnego poziomu temperatury i ewentualnie poddaje wstępnej obróbce, by usunąć np. NOx i inne niepożądane składniki przed ujściem do atmosfery.In the vapor phase coming from the reactor K, the pressure is reduced and cooled in the heat exchanger E6, which leads to the sprinkling of water and bio-tubing. Vapor and liquid are separated in the S3 separator. The liquid streams from E4 and S3 are combined and directed to separator 32 where oil and water are separated. The gaseous stream from S2 is led to the furnace generating heat for the process. The oil phase obtained in S2 is a light fraction of the LC bio-tube. The steam and gas streams that are obtained with the process can be directed to the furnace. These streams include CO ₂ , water, combustible gases such as carbon monoxide, hydrogen, methane, and other light organic compounds such as ethanol and acetic acid. Combustible gases are burned in a furnace with air and the heat thus generated is used to heat the process. This can be done by heating the heat exchange medium or by generating steam. The heat exchange medium is used to supply heat to heat exchangers E1 and E2. Additional heat is supplied to the heat exchange medium in heat exchanger E3. By careful selection of the temperature levels of these heat exchangers, maximum heat integration is achieved. If the heat generated by the combustion of the combustible gases is insufficient, additional EB fuel may be additionally supplied to the furnace. Additional bio-tube fuel is suitable. Using fuel from an external source can be beneficial. The flue gas from the RG furnace is cooled to an optimal temperature level and optionally pretreated to remove e.g. NOx and other undesirable components before venting to the atmosphere.

Skład produktu w postaci ciekłych węglowodorów i frakcji z niego otrzymanej, podano w poniższej tabeli.The composition of the liquid hydrocarbon product and the fraction obtained therefrom are given in the table below.

Produkt w postaci ciekłych węglowodorów: Zawartość tlenu Dolna wartość opałowa GęstośćLiquid hydrocarbon product: Oxygen content Lower calorific value Density

Masa cząsteczkowaMolecular weight

Średnie MwMedium Mw

Zakres temperatury wrzeniaBoiling point range

Zawartość składników mineralnychThe content of minerals

10-15% wag.10-15 wt.%

28-35 MJ/kg28-35 MJ / kg

900^-1100 k^g/m^{3 w} 50°C900 ^- 1100 k ^g / m ^{3 at} 50 ° C

60-80060-800

250-350 > 90°C ok. 50% wagowych wrze powyżej 450°C (skorygowane na ciśnienie atmosferyczne) 0,6-10% wagowych zależnie od wsadu250-350> 90 ° C approx. 50% by weight boils above 450 ° C (corrected for atmospheric pressure) 0.6-10% by weight depending on the feed

Ciężka frakcja:Heavy Faction:

Zawartość tlenuOxygen content

Dolna wartość opałowa Zawartość składników mineralnychLower calorific value Content of minerals

10-20% wag.10-20 wt.%

20-35 MJ/kg20-35 MJ / kg

0,5-25% wag. zależnie od wsadu0.5-25 wt.% depending on the load

PL 195 235 B1PL 195 235 B1

Lekka frakcja:Light fraction:

Zawartość tlenuOxygen content

5-25% wag. 30-40 MJ/kg < 0,5% wag.5-25 wt.% 30-40 MJ / kg <0.5 wt.%

PrzykładExample

W oparciu o doświadczenia laboratoryjne, wykonano następujący przykład symulowany w dużej skali. Wspomniane odsyłacze wszystkie odnoszą się do figury 1.Based on laboratory experiments, the following large-scale simulated example was made. Said references all refer to figure 1.

Strumień surowca G składa się z 20,50 kg/sek pozostałości z buraka cukrowego (pulpa z buraka cukrowego). Jest to produkt uboczny wytwarzania cukru z buraków.Raw material stream G consists of 20.50 kg / sec sugar beet residue (sugar beet pulp). It is a by-product of making beet sugar.

Surowiec ten ma następujący skład:This raw material has the following composition:

Substancje organiczne 2,,35% wggowchhOrganic substances 2, 35% by weight

Związki mineralne ,,65% wgowwcchMineral compounds, 65% by wcch

Woda 78,00% wg^wwcchWater 78.00% acc. To the above-mentioned

W etapie VB strumień materiału podawanego jest ogrzewany do 70°C stosując ciepło odzyskane ze strumieni procesu. Bez jakiejkolwiek dodatkowej wody, wsad przepuszczano przez dwie równoległe pompy nurnikowe, P gdzie ciśnienie zwiększono do 17,0 MPa.In step VB, the feed stream is heated to 70 ° C using recovered heat from the process streams. Without any additional water, the feed was passed through two parallel plunger pumps, where the pressure was increased to 17.0 MPa.

W naczyniu zmiękczającym VW strumień wsadu podawany pod ciśnieniem miesza się z szybkością 19,15 kg/sek ze strumieniem recyrkulowanej wody o temperaturze 350°C i ciśnieniu 17,5 MPa, pochodzącej z wymiennika ciepła E1. Mieszanina w naczyniu VW ma temperaturę 230°C. Wtryskiwanie strumienia recyrkulowanej wody powoduje znaczny stopień wymieszania w naczyniu VW. Wymiary naczynia są takie, że przeciętny czas przebywania mieszaniny w tym naczyniu wynosi 15 minut. Taki czas przebywania umożliwia zmiękczenie mieszaniny reakcyjnej w takim stopniu, że w łatwy sposób przepływa ona przez wymiennik ciepła E2, w którym ogrzewa się do temperatury 330°C. Ogrzana mieszanina reakcyjna (39,65 kg/sek) przepływa przez reaktor R, w którym przeciętny czas przebywania wynosi 10 minut przy ciśnieniu 16,5 MPa. Stwierdzono na podstawie doświadczeń, że po czasie reakcji istnieją trzy fazy: gazowa, strumień ciekły wodny i strumień ciekły organiczny. Strumień gazowy oddziela się od strumieni cieczy. W niniejszym przykładzie działania E2, R i rozdział strumienia gazowego odbywają się w jednym naczyniu o specjalnej konstrukcji.In the softening vessel VW, the pressurized feed stream is mixed at a rate of 19.15 kg / sec with a recirculated water stream at 350 ° C and 17.5 MPa pressure, coming from heat exchanger E1. The mixture in the VW vessel has a temperature of 230 ° C. The injection of the recirculated water stream causes a significant degree of mixing in the VW vessel. The dimensions of the vessel are such that the average residence time of the mixture in the vessel is 15 minutes. This residence time allows the reaction mixture to soften to such an extent that it easily flows through the heat exchanger E2 where it is heated to a temperature of 330 ° C. The heated reaction mixture (39.65 kg / sec) flows through the reactor R, where the average residence time is 10 minutes at a pressure of 16.5 MPa. It has been found on the basis of experiments that there are three phases after the reaction time: gas, liquid water stream and liquid organic stream. The gaseous stream separates from the liquid streams. In this example, the operations of E2, R and the separation of the gaseous stream take place in a single vessel with a special design.

Strumień gazowy z R składa się z 1,07 kg/sek gazów (0,96 kg/sek dwutlenku węgla, 0,09 kg/sek tlenku węgla i 0,02 kg/sek wodoru, metanu i innych gazów), 1,27 kg/sek pary wodnej, 0,05 kg/sek pary biosurówki i 0,16 kg/sek lekkich związków organicznych, jak kwas octowy i aceton. Strumień poddaje się częściowej kondensacji w skraplaczu E6 w 60°C, w takim stopniu, że zasadniczo wszystkie gazy i lekkie węglowodory pozostają w fazie parowej. Oddziela się je od kondensatu w rozdzielaczu S3 i kieruje do pieca procesowego. Kondensat kieruje się do rozdzielacza S2.The gaseous stream from R consists of 1.07 kg / sec of gases (0.96 kg / sec carbon dioxide, 0.09 kg / sec carbon monoxide and 0.02 kg / sec hydrogen, methane and other gases), 1.27 kg / sec of water vapor, 0.05 kg / sec of bio-tube steam, and 0.16 kg / sec of light organic compounds such as acetic acid and acetone. The stream is partially condensed in condenser E6 at 60 ° C, to the extent that substantially all gases and light hydrocarbons remain in the vapor phase. They are separated from the condensate in separator S3 and sent to the process furnace. The condensate is directed to the distributor S2.

Połączone strumienie ciekłe z R chłodzi się w wymienniku E3 do temperatury 260°C a następnie w rozdzielaczu S1 oddziela się 1,75 kg/sek biosurówki i 35,24 kg/sek ciekłej fazy wodnej. Biosurówkę poddaje się destylacji w destylarce rzutowej F1, gdzie wytwarza się 0,43 kg/sek pary. Para ulega kondensacji w skraplaczu E4 jako lekka biosurówka i kieruje się ten strumień do S2. Tam całkowity strumień lekkiej biosurówki 0,47 kg/sek (LC) wyodrębnia się i przesyła do miejsca magazynowania produktu. Następnie można ulepszyć jego jakość przez katalityczne uwodornienie, co daje 0,43 kg/sek oleju napędowego i naftę, które są wysoko-wartościowymi składnikami paliwa transportowego.The combined liquid streams from R are cooled in the exchanger E3 to a temperature of 260 ° C, and then 1.75 kg / sec of bio-tube and 35.24 kg / sec of liquid aqueous phase are separated in the separator S1. The biocell is distilled in a flash distiller F1, where 0.43 kg / sec steam is produced. The vapor condenses in the E4 condenser as a lightweight bio-tube and is directed to S2. There, the total flow of 0.47 kg / sec light bio tube (LC) is separated and sent to the product storage site. Subsequently, its quality can be improved by catalytic hydrogenation, resulting in 0.43 kg / sec diesel and kerosene, which are highly valuable components of the transport fuel.

Ciekłym strumieniem z dołu destylarki rzutowej F1 jest 1,42 kg/sek ciężkiego produktu biosurówki ZC. Po ochłodzeniu kierowano go do miejsca magazynowania, i można go dalej przerabiać lub stosować w takiej, jak jest, postaci.The liquid stream from the bottom of the flasher F1 is 1.42 kg / sec heavy product of the bio tube ZC. After cooling, it was directed to a storage site, and it can be further processed or used as is.

Strumień 35,24 kg/sek ciekłej fazy wodnej ze skraplacza dzieli S1 się na strumień 19,15 kg/sek wody recyrkulowanej do E1 i strumień 16,09 kg/sek, który jest poddany destylacji rzutowej w F2. Parę odbieraną ze szczytu częściowo kondensuje się w E5. Pozostałą parę zawierającą 0,11 kg/sek lekkich związków organicznych przesyła się do pieca procesowego. Kondensat łączy się z dolnym strumieniem z destylarki rzutowej F2. Po odpowiednim ochłodzeniu strumień ten miesza się z wodnym strumieniem z S2, a następnie przesyła do sekcji obróbki wody WZ. Tu wodę ściekową oczyszcza się, najpierw przez beztlenową fermentację, gdzie z 0,12 kg/sek lekkich związków organicznych w niej zawartych tworzy się biogaz w takiej ilości, że ma on 70% wartości opałowej związków organicznych.The 35.24 kg / sec liquid water phase stream from the condenser is divided into a 19.15 kg / sec water stream recirculated to E1 and a 16.09 kg / sec stream that is flashed at F2. The vapor taken from the top is partially condensed in E5. The remaining steam containing 0.11 kg / sec of light organic compounds is sent to the process furnace. The condensate is combined with the bottom stream from the F2 flasher. After adequate cooling, this stream is mixed with the aqueous stream from S2 and then sent to the water treatment section WZ. Here the waste water is treated, first by anaerobic fermentation, where from 0.12 kg / sec of light organic compounds contained therein, biogas is produced in such quantity that it has 70% of the calorific value of organic compounds.

PL 195 235 B1PL 195 235 B1

Pozostałą wodę poddaje się dalszej obróbce odpowiednimi sposobami i strumień czystej wody WA odrzuca się.The remaining water is further treated by suitable methods and the pure water stream WA is discarded.

Piec procesowy służy do dostarczania ciepła ośrodkowi przenoszącemu ciepło, który dostarcza ciepło wymiennikom E1 i E2. Połączone strumienie procesowe przesyłane do pieca dostarczają 14,1 MW (dolnej wartości opałowej) ciepła spalania. Dodatkowe 1,3 MW jest wymagane z zewnętrznego paliwa EB. Z powyższych danych można obliczyć, że proces pokazany w tym przykładzie ma sprawność cieplną 74,9%. Sprawność cieplną definiuje się jako stosunek dolnych wartości opałowych połączonych strumieni produktu biosurówki z jednej strony oraz strumieni wsadu i paliwa zewnętrznego, z drugiej strony.The process furnace is used to supply heat to the heat-transferring medium that supplies heat to the E1 and E2 exchangers. The combined process streams sent to the furnace deliver 14.1 MW (lower calorific value) of the heat of combustion. An additional 1.3 MW is required from external EB fuel. From the above data, it can be calculated that the process shown in this example has a thermal efficiency of 74.9%. Thermal efficiency is defined as the ratio of the lower heating value of the combined bio-tube product streams, on the one hand, and the feed and external fuel streams, on the other hand.

Claims

Patent claims

1. Continuous production of a hydrocarbon product from biomass with a reduced energy density, characterized by the fact that it comprises:

- a first stage in which the aqueous feed containing biomass is subjected to a treatment involving bringing the feed to a pressure of 10-25 MPa in a single stage,

- a second stage in which the pressurized batch is kept at a temperature not exceeding 280 ° C for up to 60 minutes to form a reaction mixture, the first stage and the second stage being carried out sequentially or jointly,

- a reaction step in which the reaction mixture is heated for up to 60 minutes to a temperature above 280 ° C, then the reaction mixture is cooled by flashing the mixture containing the product, and the process further includes a separation and isolation phase in which the resulting fractions containing gas and hydrocarbons are separated and / or separated into a lighter fraction and a heavier fraction.

2. Sspnzó wyełuk zz-Zoo. C, zznmieenn this, Zż wc ^ r ^ r ^^ wyóa 010-1 ^ 0 cm ztodóuk wc ^ r ^^ to biomass at least 3.

3. Sf ^ c ^^ cótD of a rod 1 or 2, characterized in that the water in the reaction stage is heated by introducing an oxygen-containing gas.

4. Sspoó w ^ c ^ łL ^ u ^ zzaSz. With the Z, the change of the mixture, the reaction mixture is essentially converted into a hydrocarbon-containing product.

5. SspnZó wyełuk zz-Zo. Z zbo Z, change tt / m, that the more szą ^ - ^ ΖοΙθ- gp will make you change in the plug flow reactor.

6. Make some chitos. Z zlt> o Z, zznmieeny tiyn, Zż! At least a portion of the aqueous liquid containing the fermentable components is separated upon the development of the fermentable component.

7. The method of claiming 1 or 2, alternately, the average particle size of the solids in the biomass is 5-15 mm, preferably 10-15 mm.

8. Sspoóó zzstro. With albb2, zzn ^ er ^ tt / m, that the exhaust gas flow containing the biomass is a discontinuous phase.

9. Spooóó the lance of the back. Z alt ^ o 2, z changes ti / m, zż in pie-w e-taie wc ^ o ^ r ^^ ζόζ- containing biomass is subjected to a treatment involving feeding the charge in a single stage from a pressure of 0.5 MPa or less to a pressure of 10 -25 MPa.

10. Sspoóó wyełuk zzstio. From zlbb2, the change is that the zoeScctee coozdiels with the liquid fraction and the solids-containing fraction.

11. Sspoóó 'we ^ c ^^^ u zz-Zo. To make sure you are dehydrated by fermentation or anaerobic digestion, or a combination of these, you will be degraded.

12. Wooluu zz-tto. 1 or 2, znnmienny in droScje z ^ r ^ i ^ - ^ ji ^ C ^ subotoseje STTS converted into energy, optionally after an additional treatment.

13. Sppozó wyłuk zzsSo. With or 2, z changes tt ^ r ^, that ppneato e-ta β-ο ^ ο-οψ after the reaction step.